JPH09104932A - 金属間化合物からなる製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】耐高温マテリアルの代替マテリアルとして使用
できる、金属間化合物からなる製品。 【解決手段】鋳型キャビティ内で、第１の融点をもつ粉
末金属成分へ、第１の融点よりも低い第２の融点をもつ
液体金属成分を浸透させ、前記粉末金属成分と液体金属
成分の金属間化合物からなる製品を作る工程を包含する
金属間化合物からなる製品を製造する方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、金属間化合物
（電子化合物ともいわれる）からなる製品の製造方法に
関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、チタニウム・アルミナイド類の
ような金属間化合物（電子化合物）は、良好な高温機械
特性、比較的低い密度および良好な耐酸化性を有してい
る。これによって、電子化合物は、超合金や例えばエア
ロスペース、工業用ガスタービン、電子部品、自動車部
品などの用途をもつ他の耐高温マテリアルの代替マテリ
アルとして使用できる可能性がある。

【０００３】これまで、次のような方法の一つで、金属
間化合物からなる製品を作ることが提案されている。

【０００４】エレクトロスラッグまたはヴァキュウム誘
導溶融によって金属間化合物インゴットを作り、ホット
フォージング技術を用いる後処理および成形を行うよう
になっている。しかしながら、形状が変形したり、微細
構造、機械特性に問題があり、これによって、前記の方
法は、評価を得るに至らず、広く実用化されていない。

【０００５】また、ロストワックス・インベストメント
鋳造法を使用して、コンベンショナルなチタン合金溶融
・注入方法をベースにしたプロセスを用いて、金属間化
合物インゴットを溶融し、略ネット形状の製品を作るこ
とが提案されている。これらのプロセスには、比較的高
いエネルギーインプットを必要とし、溶融金属が鋳型面
や、溶融操作が行われる坩堝と反応するという問題や、
鋳造の間、結晶粒の成長から生ずる問題等が多い。

【０００６】またさらに別な方法としては、粉末冶金プ
ロセスによって、最初多孔質の構造体を作り、ついで、
熱間静水圧プレスして反応させ、金属間化合物を作り、
該構造体を密なものにすることが行われている。しかし
ながら、この方法は、製品の構造が複雑で、精度が要求
されることから、実施するには問題が多い。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】前記したように、従来
の技術は、種々の問題を抱有しており、これが、この発
明の解決課題である。したがって、本発明の目的は、金
属間化合物からなる製品を作る方法と装置を提供するも
のであって、これによって、従来の技術の問題を解決す
るものである。

【０００８】

【課題を解決する具体的手段】この発明によれば、第１
の融点をもつ粉末金属組成物に、第１の融点よりも低い
第２の融点をもつ液体金属組成物を浸透させ、前記粉末
金属組成物と液体金属組成物の金属間化合物からなる製
品を作る工程からなる金属間化合物の製品を作る方法が
提供される。

【０００９】前記方法は、鋳型キャビティ内で行われ
る。該鋳型キャビティは、該製品のネット形状または該
製品のネット形状に似た形状を定める。

【００１０】この発明を以下にさらに詳細に説明する：
粉末金属組成物に、液体金属組成物を浸透させる工程
で、中間形態ものが作られ、この中間形態ものを熱処理
して、前記製品を作る。

【００１１】この点に関して、好ましいことは、粉末金
属組成物は、チタンを含むか、または、鉄と液体金属コ
ンポーネントのアルミニウムを含むことである。

【００１２】またさらに、この発明においては、粉末金
属組成物に、液体金属組成物を浸透させる前記工程は、
特定の条件下で行われ、中間形態ものを熱処理せずに、
前記製品を作るものである。

【００１３】この点について好ましいことは、粉末金属
組成物がニッケルまたは鉄と液体金属成分アルミニウム
とを含むことである。

【００１４】この発明の方法は、粉末金属組成物に加え
る圧力よりも高い圧力を液体金属組成物に加える工程を
含むことができる。圧力差がある圧力を前記組成物に加
えることによって、前記粉末金属組成物への液体金属組
成物の浸透を助けるものである。

【００１５】粉末金属組成物と液体金属組成物とに圧力
をかけることで、前記粉末金属組成物へ液体金属組成物
を浸透させるものであり、この圧力は、ガスのような流
体圧力またはラムによるような機械的圧力である。

【００１６】粉末金属組成物は、リジッドのプリフォー
ムからなるか、流動可能な形態のものであって、鋳型キ
ャビティ内へ導入され、ついで、液体金属組成物が該鋳
型キャビティ内へ導入される。

【００１７】粉末金属組成物は、脱気されるもので、例
えば、加熱および排気によって、粉末金属組成物からガ
ス状及び／または気化性マテリアルを排除する。この脱
気処理は、粉末金属組成物を鋳型キャビティへ導入した
後で、液体金属組成物を導入する前に行う。

【００１８】粉末金属組成物への浸透後、液体金属組成
物を固化し、固化した中間体を熱処理し、固体相に変え
て、金属間化合物からなる製品にする。

【００１９】前記粉末金属組成物と前記液体金属組成物
との所定のアトミックフラクションが前記鋳型キャビテ
ィへ導入される。

【００２０】鋳型キャビティは、ここに定義のように、
浸透しない壁をもつ。

【００２１】液体金属組成物は、貯蔵部から通路、堰
（インゲート）を介して鋳型キャビティへ導入されるも
ので、前記入り口（インゲート）は、一つの孔または複
数の孔またはフィルターとしても作用する多孔質のセラ
ミックのようなマテリアルからなるものである。

【００２２】貯蔵部は、鋳型キャビティの上位に位置
し、液体金属組成物が通路を通って鋳型キャビティ内へ
重力により流下する。

【００２３】バルブにより貯蔵部から鋳型キャビティへ
至る溶融金属の流れをコントロールするもので、該バル
ブには、バルブシートに対し可動のストッパーロッドま
たは他のバルブ部材が設けられている。

【００２４】鋳型と貯蔵部とは、水平軸に対し移動でき
るように装着されていて、第１の位置においては、鋳型
は、貯蔵部の上にあり、第２の位置においては、鋳型
は、貯蔵部の下位にあって、溶融金属が鋳型キャビティ
へ重力により流れ込むようになっている。

【００２５】貯蔵部と鋳型は、前記軸を中心として回転
するか、または、軌道運動または他の所望の方向へ動く
ように装着されて、方向の変更が行われるようになって
いる。

【００２６】貯蔵部を鋳型キャビティの下位に配置し、
溶融金属を通路を介して鋳型キャビティ内へ揚送しても
よい。

【００２７】さらに、この発明においては、貯蔵部に保
持した前記液体金属組成物の浴に堰（インゲート）を浸
漬けし、液体金属組成物を堰を介して鋳型キャビティへ
導入してもよい。この場合、前記鋳型全体を前記浴に浸
漬けすることが好ましい。堰は、鋳型の頂部または所望
の位置に設ける。前記堰が鋳型キャビティの頂部に設け
られていない場合は、鋳型の一部のみを前記浴に浸漬け
し、液体金属浴に圧力をかけて、液体金属が鋳型キャビ
ティ内へ流入し、充填されるようにする。

【００２８】導入操作は、前記浴の金属の温度を液体金
属組成物の融点よりも高く、金属間化合物の融点よりも
低くして行われ、鋳型キャビティの全部または一部が前
記浴に浸漬けされた状態で金属間化合物が硬化し、固化
した金属間化合物を抱有したまま鋳型を前記浴から取り
出すことが出来るようにする。

【００２９】鋳型キャビティには、複数の堰（インゲー
ト）を設けてよく、鋳型の壁部分の任意の位置に設けら
れる。

【００３０】鋳型の壁で筒状のキャビティを構成した場
合、少なくとも一つの堰が該筒状キャビティの内面とな
る鋳型の壁部分に設けられる。

【００３１】さらに、この発明においては、貯蔵部の液
体金属組成物に、圧力をかけ、この圧力作用は、前記貯
蔵部内に配置のピストンを動かして、前記液体金属の表
面に機械的に圧力をかけたり、前記貯蔵部内の前記金属
の表面に流体圧力、例えば、気体圧力を作用させて行
い、このような圧力作用で前記液相金属を貯蔵部から鋳
型キャビティ内へ送り、さらにはまた、鋳型キャビティ
内の金属に圧力を作用させる。鋳型キャビティは、前記
堰を介して貯蔵部に連通し、鋳型キャビティ内部に圧力
が作用するようになっている。

【００３２】前記鋳型キャビティは、前記堰または別の
導管を介して脱気手段に連通している。

【００３３】鋳型と貯蔵部とが前記軸に対しての前記相
対運動するように装着されている場合、導管手段は、鋳
型のエンクロージャー内部と流体圧力源とを連通させ
る。導管手段もまた前記鋳型と貯蔵部とが回転自由にな
るピボット部材の長さ方向にのびている通路を備える。

【００３４】前記圧力は、例えば、鋳型キャビティ内の
液体金属が固体相になるまでの間、または、液体金属組
成物が粉末金属組成物へ完全に浸透するまでの間などの
所定の時間にわたり保持される。

【００３５】前記粉末金属組成物は、チタン、鉄または
ニッケルである。

【００３６】液体金属組成物には、アルミニウムが含ま
れる。

【００３７】金属間化合物は、TiAl₃ ，TiAlまたはTi₃A
l であるチタニウム・アルミナイド、NiAl₃ ,Ni₂Al₃ ，
NiAl，Ni₃Al であるニッケル・アルミナイド、またはFe
Al₃，Fe₂Al₅，FeAlまたはFe₃Al である鉄アルミナイド
を含む。

【００３８】金属間化合物は、以下のようなものである
（原子百分率で表す）：

【００３９】

【００４０】”他の”組成物は、存在すれば、そして、
存在するとき、クロム、マンガンまたはニオビウムであ
り、上記特定の範囲で存在する。

【００４１】金属間化合物は、また、モリブデン・シリ
サイドまたはニオビウム・ベリライドまたはクロマイド
であってもよい。

【００４２】粉末金属組成物へ液体金属組成物を浸透さ
せる前に、少なくとも一つの成分を鋳型キャビティ内へ
導入してもよい。即ち、非金属レインフォースメントを
金属間化合物へ添加し、モディファイされた熱物理特性
をもつメタル・マトリックス・コンポジット（ＭＭＣ）
を作ることができる。この添加成分は、シリコンカーバ
イドまたはアルミナ粒子のようなセラミック粒子、シリ
コンカーバイド繊維またはアルミナ繊維のようなファイ
バー、シリコンカーバイド・ホイスカーのようなホイス
カーまたはモノフィラメント、マルチフィラメントまた
はランダムファイバーなどである。

【００４３】さらに、この発明においては、前記のよう
に粉末金属組成物に液体金属組成物を浸透させ、第１の
部分の融点が第２の部分の融点よりも高い製品が提供さ
れる。

【００４４】粉末金属組成物に液体金属組成物を浸透さ
せる前記工程は、少なくとも一つの所定の鋳型の部分に
おける粉末金属組成物と液体金属組成物の原子量により
異なる原子比率でなされる。

【００４５】この発明の方法は、前記粉末金属組成物を
鋳型キャビティの第１の部分に導入し、前記第１の部分
における前記粉末金属組成物へ前記液体金属組成物を浸
透させ、ついで、粉末金属コンポーネントと液体金属コ
ンポーネントから選ばれた他の成分を、該粉末金属コン
ポーネントが占拠していない鋳型キャビテイの第２の部
分へ導入する工程からなる。

【００４６】前記他のコンポーネントは、液体金属コン
ポーネントである。

【００４７】またさもなければ、他のコンポーネント
は、少なくとも一つの粉末金属コンポーネントであっ
て、液体金属コンポーネントに対しての粉末金属コンポ
ーネントの異なる原子比率を前記キャビティの第１の部
分へ与え、そして、他の粉末金属コンポーネントにさら
に液体金属コンポーネントを浸透させる。

【００４８】後者の場合、鋳型キャビティは、粉末金属
コンポーネントに占拠されていない第３の部分を有し、
其の部分に液体金属コンポーネントが導入される。

【００４９】各部分における原子量による組成と比率
は、以下の表１に表示された値によるものである。

【００５０】製品の物理特性、例えば、融点などを製品
の領域ごとに変えることができる。例えば、自動車用ピ
ストンやエアロスペース・ヒートシールドなどにおいて
は、製品の面に隣接して高温に耐える必要がある部分、
例えば、ピストンクラウンのような部分を特に耐高温特
性のものにすることができる。

【００５１】前記部分の境界部分においては、組成の急
激な変化または漸進的な変化が生じるものである。粉末
金属組成物を流動状態にすると、部材の組成の間にトラ
ンジションゾーンが延びやすくなるものである。

【００５２】例えば、粉末金属組成物がNiAlの面部分に
するような原子比率をもつ面部分を構成すれば、Ni₂Al₃
の遷移領域、そして、製品の一体部分として、NiAl₃ が
あり、該組成がアルミニウムまたはアルミニウム合金の
組成に近づくにつれ、残りは、アルミニウムまたはアル
ミニウム合金である。これらの部分の間、例えば、NiAl
とNi₂Al₃との間、NiAlおよびNi₂Al₃の析出物の混合物か
らなる境界層が形成されている。

【００５３】（実施例）図面の図１を参照すると、製品
の所望の最終形状と同じか、または、近似した形状の所
望のネット形状の鋳型キャビティ１０は、堰Ｉを有し、
適当な手段により鋳型またはダイ１１内に設けられてい
て、前記手段は、例えば、所望の立体形状の製品によ
る、別のフォーミングによる最終形状に形成されていな
いインゴットモールドとは区別できる形状の鋳型であっ
て、図示の例では、キャビティは、シリカ、ジルコニア
および／またはアルミナのような耐火性マテリアルを素
材として、ロストワックスパターンで形成したものであ
る。

【００５４】図示の例における鋳型の耐火性マテリアル
は、液体や気体が透過しない鋳型を作るように組成され
たシリケートと結合のシリカからなる。

【００５５】前記鋳型は、ついで気化性マテリアルを排
除するに充分な温度にコンベンショナルな方法で焼かれ
て、安定した鋳型にされる。

【００５６】必要に応じて、前記鋳型は、他の適当な方
法で作ることができ、さらに、ネット形状（これが最も
好ましいが）以外の形状に成形してもよい。例えば、鋳
型は、前記耐火性マテリアルのほかに、取り除けるパタ
ーンを用いて、プラスターや他の適当な鋳型マテリアル
により作ってもよい。さらにまた、鋳型をアルミナで作
る場合、鋳型を透過しないようにするアルミナシリケー
ト（一例）で作ることができる。さらに、鋳型を他の適
当なマテリアル、例えば、金属素材で作れば、この鋳型
キャビティをダイという。

【００５７】この明細書にいう鋳型（モールド）は、不
透過のものである。“不透過”とは、ａ）鋳型で鋳造さ
れる液体金属が該鋳型を透過せず、液体金属面が鋳型面
を透過しないこと、ｂ）液体金属成分が粉末金属成分へ
浸透する前に、鋳型の壁の内部から粉末金属成分の粉末
粒子の間の間隙に気体が侵入しないように、鋳型の壁の
内部を気体が通過しないことをいうものであって、気体
は、鋳型の壁内に浸透し、そこで保持されたり、鋳型の
外部から鋳型の壁を通過して鋳型キャビティ内に侵入す
るものんであるから、鋳型キャビティ内へ気体が入り込
まないようにすることが不透過性を意味する。気体なら
びに液体の透過を防ぐ度合いは、用途や鋳型素材を含む
製造技術により変化するもので、用途によっては、鋳型
の面が比較的ラフなものであることが望ましい場合もあ
る。

【００５８】鋳型形成素材それ自体を不透過性のものと
して鋳型を不透過性にしたり、また、鋳型の面をコーテ
ィングや他の処理を行って不透過性にすることもでき
る。多孔性、例えば、鋳型のポアサイズは、上記した条
件内の温度で変わる。重要な点は、実用面で、鋳造され
る液体金属が鋳型を透過しないこと、そして、気体もま
た鋳型の壁を通過しないことであって、これによって満
足な結果が得られることである。

【００５９】図２について。

【００６０】鋳型キャビティの内部には、図２に示すよ
うに、堰Ｉを介して粉末金属成分１２が導入される。該
成分の形態と充填密度は、必要なヴォリュウムフラクシ
ョンが得られるように調節される。図示の例では、粉末
は、チタン金属粉末であるが、金属間化合物を作るに適
当なマテリアル、例えば、ニッケル粉末、鉄粉末でもよ
い。

【００６１】必要に応じ、粉末金属成分は、流動状態の
金属粉末からなる代わりにリジッドのプリフォームでも
よく、このプリフォームは、コンベンショナルな粉末冶
金技術により作られて、粉末金属粒子の間の隙間にプリ
フォームを作る。

【００６２】図示の例において、チタン粉末の平均粒子
サイズは、７０μｍであり、純度約９９．７５％であ
る。該粒子サイズは、例えば、１０〜１５０μｍ、また
は、３０〜２５０μｍのような範囲である。本例で導入
されるヴォリュウムフラクションは、約５０％である
が、３５％〜７５％の範囲であってもよい。

【００６３】粉末冶金成分がプリフォームの場合、この
プリフォームは、必要なヴォリュウムフラクションにな
るに必要な程度にプレスされ、そして、鋳型キャビティ
は、該プリフォームに合った所定のクリアランスが確保
できるように成形される。このクリアランスとは、例え
ば、前記プリフォームを前記キャビティ内へ入れること
ができる最小限の条件をいう。

【００６４】図３を参照すると、鋳型１１は、チャンバ
１３内に配置されている。チャンバ１３は、図示の例で
は、鋳型１１が配置の下部１４と、液体金属成分を受け
る坩堝１６が配置の上部１５を備える。

【００６５】鋳型１１は、それに粉末金属成分を充填す
る前後いずれかにおいて、チャンバの下部１４に納めら
れる。

【００６６】坩堝１６には、所望の量の液相の金属１７
（本例では、液相のアルミニウム）が充填されるが、別
の粉末金属成分に適した他のマテリアルが必要に応じ充
填されてもよい。

【００６７】図９から図１５に関して後記するように、
磁界、メカニカルプラグまたは他の手段のような手段を
設けて前記金属を坩堝１９内に維持する。

【００６８】ついで、チュンバ１３は、大気から遮断、
密封され、該チャンバの内部から、そして、鋳型１１内
の粉末粒子１２の間の隙間から空気を排気する。

【００６９】必要に応じて、チャンバ１３および／また
は鋳型１１の内部を加熱し、上記の脱気プロセスを容易
にし、鋳型とチャンバ内からの気化性マテリアルの排出
を促進することもできる。

【００７０】図４を参照すると、脱気（排気）が完了す
ると、液体金属成分１７がタップホール１８を介して鋳
型１１のフィーダーシステム１９へ坩堝１６の底部から
注入され、堰Ｉを介して鋳型１１内へ注入される。この
注入時は、まず最初に、溶融金属１７は、粉末成分１２
の上位にあるフィーダーシステム１９内に一時滞留し、
不透過性の鋳型１１内の排出隙間をシールする。

【００７１】図５を参照すると、鋳型１１内の粉末成分
と液体成分とは、ついで、加圧されて、液体金属成分が
粉末金属成分へ強制的に浸透し、その結果、粉末金属成
分の粒子の間の隙間を該液体金属が埋める。この加圧作
用は、フロー抵抗と表面張力作用に打ち勝ち、浸透を完
全なものにする。

【００７２】この加圧操作は、図９から図１５に関連し
て記載するキャスティング装置の一つを使用する。

【００７３】液体金属成分１７が固化されると、チャン
バ１３内の圧力は、大気圧力に戻され、下部１４と上部
１５とが分離されて、鋳型１１が取り出され、図６に示
すように大気中におかれた鋳型２１になる。

【００７４】フィーダーシステム１９の鋳型マテリアル
と余剰の金属２０が除去され、図７に符号２２で示す略
ネット形状の中間製品が残される。中間製品２２は、金
属間化合物を作るに必要なこまかく分布された成分の正
しいレシオを含む。

【００７５】図示の例では、液体金属成分と粉末金属成
分が約５０容量％フラクションのチタンとアルミニウム
の場合、所望の微細構造と機械特性をもつチタニウム・
アルミナイド金属間化合物を作る熱処理は、５２０〜６
００°Ｃ、代表的には５７０°Ｃの温度範囲と、１２０
０°Ｃから安定リミット、１３５０°Ｃまでの温度範囲
とでのツーステージ・ソリッドステートフェーズ・トラ
ンスフォーメーションからなる。

【００７６】必要に応じて、粉末金属成分は、チタン、
鉄またはニッケルである。

【００７７】液体金属成分は、アルミニウムでよい。

【００７８】金属間化合物は、TiAl₃ ，TiAlまたはTi₃A
l であるチタニウム・アルミナイド、NiAl₃ ,Ni₂Al₃ ，
NiAl，Ni₃Al であるニッケル・アルミナイド、またはFe
Al₃，Fe₂Al₅，FeAlまたはFe₃Al である鉄アルミナイド
を含む。

【００７９】液体金属成分と粉末金属成分は、以下に記
載する範囲から選択の組成物（原子百分率で表す）を含
む：

【００８０】

【表１】

【００８１】例としての、結果の金属間化合物は、表２
に記載してある。

【００８２】

【表２】

【００８３】ニッケルが粉末金属成分の場合、分離のＮ
ｉとＡｌとからＮｉＡｌ金属間化合物への発熱変換の間
の熱エネルギーにより、それぞれの金属間化合物コンポ
ーネントは、浸透操作の間に形成され、それぞれの金属
間化合物成分に変換するソリッドステートトランスフォ
ーメーションを生じさせる後処理のの熱処理を行う必要
がない。鉄またはチタンが粉末金属成分である場合、浸
透処理の間とその後のソリッドステート熱処理の間に金
属間フォーメーションのコンビネーションが起こる。こ
のコンディションは、ありうるものであるが、必ずし
も、このようにする必要はない。実際に、Ｎｉ，Ｔｉお
よびＦｅは、性状が似ているので、粉末ヴォリュウムフ
ラクション、溶融温度、加圧圧力、粒子形態および、し
たがって、浸透速度などに応じて、程度の差こそあれ、
反応が生ずる。

【００８４】“他の”コンポーネントがもし存在し、そ
して、存在していると、それは、クロム、マンガンまた
はニオビウム、または、前記の二つまたは、それ以上の
所望の組み合わせを含む。

【００８５】また別に、金属間化合物は、粉末金属成分
と液体金属成分に応じてモリブデン・シリサイドまたは
ニオビウム・ベリリドまたはクロマイドを含む。

【００８６】粉末金属成分へ液体金属成分に浸透する前
に、少なくとも一つの添加成分を鋳型キャビティへ導入
してもよい。非金属補強体を金属間化合物へ添加し、モ
ディファイされたサーモフィジカル特性をもつ金属マト
リックス・コンポジット（ＭＭＣ）を作ることもでき
る。この添加成分は、シリコンカーバイドまたはアルミ
ナ粒子のようなセラミック粒子、シリコンカーバイドま
たはアルミナ繊維のようなファイバーまたはシリコンカ
ーバイド・ウイスカーのようなウイスカーなどである。
また、他の例は、比較的大径の、例えば、１２０μｍか
ら１４０μｍのモノフィラメントや３〜２０μｍの比較
的径が細いマルチフィラメントである。さらに、通常約
３μｍおよび、これを越える直径のランダム・ファイバ
ーで、代表的な長さのものは、約５０μｍである。ウイ
スカーは、単結晶で、直径０．５μｍより大きくまれに
成長する。前記添加成分は、液体金属成分とともに金属
間化合物を形成するものではない。

【００８７】チタン・アルミナイド金属間化合物からな
るネット形状のプロダクトは、図８に符号２３で示され
ていて、鋳型キャビティ１０の輪郭によって、シングル
プロダクトまたは複数のプロダクトからなる。

【００８８】図９には、前記成分を加圧する装置の一例
が示されている。

【００８９】図示の例では、鋳型キャビティ１０は、ダ
イ２５によって構成され、堰Ｉ（インゲート）を有し、
これは、適当なダイのスチールを研削して形成されたも
のである。鋳型キャビティの壁は、素材のスチールがそ
れ自身不透過性のものであるから、不透過性であって、
ダイに設けられたスプリットラインには、適当なシール
が設けられている。ダイ２５の上には、溶融チャンバ２
６が配置され、その内部に坩堝２７が位置し、これをイ
ンダクション加熱コイルまたは抵抗加熱コイルのような
加熱コイル２８が囲んでいる。坩堝２７は、温度並びに
機械的ストレスに耐える適当なマテリアルから作られ、
ほぼシリンドリカルな内部３０を有している。

【００９０】シリンドリカルのラム２９が坩堝２７の上
位に位置している。ラム２９は、ハイドロリックピスト
ン３１のような適当な機械手段によって前進下降して、
坩堝２７の内部３０内へ圧入され、坩堝２７の内部３０
の内面３２にぴったり摺接する。

【００９１】キャビティ１０は、導管３３とバルブ３４
によりヴァキュウムシステム３５に接続している。クラ
ンプ３８が設けられて、ダイ２５を溶融チャンバ２６に
密接している。

【００９２】図示の例では、液相金属は、開口１８を介
して流下し、キャビティ１０内の粉末金属成分の上面に
液相金属が位置するまで、坩堝２７内に留まる。しかし
ながら、必要に応じて、後記する手段により、液相金属
全部を坩堝２７内に留めておいてもよい。

【００９３】前記したように、ヴァキュウムシステム３
５を用いて、脱気操作を行い、ついで、液相金属をタッ
プホール１８を介して坩堝２７から流下させる。ハイド
ロリックピストン３１を操作し、ラム２９を坩堝２７の
内部３０へ圧入し、坩堝２７内の溶融金属を機械的に加
圧し、この加圧圧力を１０バールから３０バールに維持
して溶融金属を加圧し、粉末金属成分に浸透させる。液
相金属成分が固化するまで前記圧力を維持するか、また
は、液相金属成分が固化する前に、圧力を解除するか、
減圧してもよい。ついでダイ２５を溶融チャンバ２６か
ら分離し、オープンして、上記したたように方法を続け
る。

【００９４】図１０の例では、装置は、モールドチャン
バ５０内に不透過性の使い捨てのセラミック鋳型１１が
内蔵され、この鋳型は、堰（インゲート）Ｉを有し、プ
ラスターまたはシリカ、ジルコニアおよび／またはアル
ミナのような耐火性マテリアルで作られ、鋳型キャビテ
ィ１０を有している。鋳型キャビティ１０は、図示のよ
うに、上記し、図３に示したようなフィーダーピストン
１９を備えている。この鋳型１１は、前記したように、
シリケート・コーティングによって不透過性になってい
て、モールドチャンバ５０の内部は、マニフォールド５
２とバルブ５３，５４によってヴァキュウムシステム５
５または圧力源５６それぞれに接続している。

【００９５】溶融チャンバ５７がモールドチャンバ５０
に着脱自由に連結し、該連結部は、シールされていて、
坩堝５８を加熱コイル５１が囲んでいる。坩堝５８は、
中空の内部５９を有し、これに溶融金属がゲートバルブ
６１を介して供給される。ストッパーロッド６２によ
り、坩堝５９の注入口６３が閉止される。

【００９６】坩堝５８の上の金属ローディングポート６
０がマニフォールド６４とバルブ６５，６６によって圧
力源５６またはヴァキュウムシステム５５それぞれに接
続している。

【００９７】方法は、図１から図８に関連して記載した
ように行われ、フィードポーション１９への液相金属の
供給は、ストッパーロッド６２によりコントロールされ
る。溶融金属をフィーダーポーション１９へ供給するに
先立ち、ヴァキュウムシステム５５を用いて、上記した
脱気操作が行われる。

【００９８】金属注入操作が完了すると、バルブ５３，
５６が閉じられ、バルブ５４，６５が開いて、フィーダ
ーポーション１９の金属上面に気相圧力を作用させキャ
ビティ１０の内部を加圧する。

【００９９】他の点については、前記したように、方法
が行われる。

【０１００】図１１の例では、モールドチャンバ７０が
溶融チャンバ７１にシール状態に着脱自由に装着されて
いて、溶融チャンバ７１は、水平軸７２を回転軸として
回転するようになっている。水平軸は、ベアリング７４
が受けるスタッブアクスル７３とベアリング７６で受け
る中空のスタッブアクスル７５で回転する。ベアリング
７４，７６は、ベアリングフレーム７７で支持されてい
る。スタッブアクスル７５の中空内部は、環状の孔７８
によって、その一端がモールドチャンバ７０の内部に連
通し、他端のトランスバース孔７９とバルブ８０により
圧力源８１に接続し、直径方向に対向するトランスバー
ス孔８２とバルブ８３によってヴァキュウムシステム８
４に接続している。

【０１０１】坩堝８５が溶融チャンバ７１内に配置され
ていて、これを加熱コイル８６が囲む。不透過性の使い
捨てのセラミック鋳型（前記したようなもの）１１は、
少なくとも一つの通路８９を持ち、モールドチャンバ７
０に内蔵され、クランプ手段８７で所定位置に保持され
ている。

【０１０２】まず最初、液相金属成分１７が坩堝８５へ
導入され、ついで、モールドチャンバ７０が溶融チャン
バ７１に装着され、シールされる。ついで、バルブ８３
を開き、バルブ８０を閉じて、ヴァキュウムシステム８
４により脱気操作を行う。

【０１０３】脱気操作が完了すると、パイロメーター８
８で溶融温度を計測し、溶融チャンバとモールドチャン
バ７１，７０が組み合わされたものを軸７２を回転軸と
して１８０度回転し、坩堝８５から液相金属をフィーダ
ーポーション１９へ注入し、更に堰Ｉを介して鋳型１１
へ注入し、前記溶融チャンバとモールドチャンバ７１，
７０が組み合わされたものの内部をバルブ８０を開き、
バルブ８３を閉じて、圧力源８１からの圧力で加圧し、
通路８９を介しての気相圧力でフィーダーポーション１
９の内部の金属表面を加圧する。他の操作は、前記の通
りである。

【０１０４】この例では、粉末マテリアルは、リジッド
プリフォームまたはセミリジッドプリフォームでもよ
く、流動フォルムで鋳型キャビティに導入され、フィル
ターで保持され、または、逆転位置にあるが、その後、
鋳型１１内でその形と位置を保つようにコンパクトにさ
れてもよい。

【０１０５】図１２の例では、堰（インゲート）Ｉを有
する鋳型キャビティ１０は、不透過性のパーマネント
（使い捨てでない）のダイ９０により構成され、該ダイ
は、適当なダイスチールを削って作られている。ダイ９
０の下には、溶融チャンバ９１が設けてあり、このチャ
ンバに坩堝９２が内蔵され、坩堝を加熱コイル９３が囲
む。

【０１０６】シリンドリカルのチューブ９４の下端を坩
堝９２内の液相金属成分内に沈ませてあり、該チューブ
９４の上端は、ダイ９０に対するインレットに位置し、
シールされているが、着脱自由になっている。

【０１０７】キャビティ１０は、導管９５とバルブ９６
とによってヴァキュウムシステム９７に接続し、バルブ
９９が溶融チャンバ９１をヴァキュウムシステム９７に
接続している。

【０１０８】使用においては、キャビテジ１０に粉末金
属成分が前記のように充填され、坩堝９２には、所望の
量の液体金属成分が充填される。

【０１０９】ヴァキュウムシステム９７を用いての脱気
操作が前記のように行われる。ヴァキュウムバルブ９
６，９９を同時に閉じ、圧力バルブ１０１を開き、坩堝
内の溶融金属を加圧する。溶融金属は、フィードチュー
ブ９４を上昇し、粉末金属成分に浸透する。液体金属成
分が固化するまで圧力を維持し、固化したら溶融チャン
バ９１から分離したダイ９０を開き、前記したように方
法を継続する。

【０１１０】図１３の例では、不透過性の使い捨てセラ
ミック鋳型１１（プラスターまたは耐火性マテリアルで
作ったもので、シリケートコーティングで不透過性に処
理したもの））内に鋳型キャビティ１０を構成し、鋳型
キャビティのエントランスにインゲートＩ（堰）を設
け、これにフィルター１０３を設けてある。フィルター
１０３は、また、粉末金属成分を鋳型キャビティ内に留
める。鋳型キャビティには、複数のインゲートを所望の
位置に設け、鋳型キャビティの形状に応じての適正な充
填が行えるようにもできる。フィルターまたは複数のフ
ィルター１０３は、各インゲートに設ける。前記フィル
ターは，ポーラスのセラミック待てりあるからなる。

【０１１１】坩堝１０６は、液体金属成分をレベルＬま
で充填できる貯蔵部として機能し、液体金属成分の温度
は、電気加熱コイル１０７でコントロールされる。粉末
金属成分を有する鋳型１１は、ロッド１０４４に吊り下
げられ、このロッドは、エンクロージャーまたは溶融チ
ャンバ１０２のリッド１０５の開口１０４ａを介して垂
直方向に移動する。リッド１０５は、チャンバ１０２に
着脱自由に密封状態に連結している。

【０１１２】チャンバ１０２には、脱気システム１０８
が設けてあり、これは、バルブ１０９によってチャンバ
１０２の内部に接続し、さらに、バルブ１１１を介して
チャンバ１０２の内部に接続する気相圧力源１１０に接
続する。

【０１１３】ついで、前記のように、バルブ１０９を開
き、バルブ１１１を閉じてヴァキュウム１０８を用い
て、脱気操作を行う。

【０１１４】脱気操作完了後、ハイドロリックピストン
１１２を操作し、ロッド１０４を押し下げて鋳型１１を
坩堝１０６内の液相金属内へ沈める。

【０１１５】バルブ１０９を閉じ、バルブ１１１を開
き、圧力源１１０から気相圧力を坩堝１０６の液相金属
へ作用させる。これによって、液体金属は、前記インゲ
ートと関連のフィルター１０３を介して鋳型キャビティ
へ入り、粉末金属成分へ浸透する。

【０１１６】二つの成分が親密に組み合わされるか、ま
たは、反応プイロセスが完了するまで、流体圧力を維持
し、金属間化合物を形成する。その後、ハイドロリック
ピストン１１２の動きをリバースして、液体金属から鋳
型１１を引き上げる。バルブ１１１を閉じ、チャンバ１
０２内の圧力を大気圧に戻し、リッド１０５をチャンバ
１０２から離し、鋳型１１を取り出す。プロセスの残り
は、前記したように行う。

【０１１７】必要に応じ、複数の鋳型を適当にロッド１
０４に装着するか、または、複数のロッド１０４（ピス
トン１１２に似た適当なハイドロリックピストンによっ
て同時に、または、別個に動く）に装着して、坩堝１０
６に浸漬けしてもよい。

【０１１８】坩堝１０６内の金属の温度は、その融点以
上に維持されるが、金属間化合物の融点以下に維持され
る。例えば、金属間化合物がγチタン・アルマイドであ
ると、融点が１４５０°Ｃ、液体金属成分がアルミニウ
ムであると、融点は、６６０°Ｃであり、該アルミニウ
ムは、７００°Ｃから１０００°Ｃの範囲の温度に維持
される。

【０１１９】４００°Ｃから１０００°Ｃの範囲にある
同様な温度差が液体金属成分の融点と金属間化合物の融
点との間にあり、これらは、前記した特定の例と異な
る。

【０１２０】図１４の例は、図１３に関連して記載した
方法と類似の方法に使用する装置であるが、図１４のも
のは、不透過性のディスポーザブルのセラミック鋳型１
１であり、これは、筒状または一部筒状のプロダクトを
作るもので、複数のインゲートＩが鋳型１１の壁全体に
わたり、任意の位置に配置され、前記鋳型の壁によっ
て、作る筒状プロダクトまたはプロダクトの筒状部分の
内面が構成される。前記したように、各インゲートは、
シングル孔またはポーラスなマテリアルでつくられ、全
インターナルサーフェースをカバーするシングルのイン
ゲートも設けられる。この場合、インゲートは、複数の
別個の孔またはポーラスのセラミックボディからなる。

【０１２１】インターナルサーフェースにインゲートを
配置することで、筒状形状のプロダクトをキャスティン
グすることが容易になる。

【０１２２】図１５の例は、図９に示した装置の図であ
って、同じ部分、相当部分には同一符号が付けてある。
キャビティ１０は、不透過性のパーマネントダイであっ
て、自動車エンジンのピストンを作るものである。図９
のように、粉末金属成分がキャビティへ充填されるのと
違い、キャビティの底部近くの第１の部分Ｐに粉末金属
成分が充填される。この粉末金属成分は、例えば、流動
可能なニッケル粉末の層またはリジッドプリフォームの
形態のニッケルパウダーであって、いずれの場合でも、
厚さ約１〜２ｃｍであり、図１５に示すように、浅い底
のカップ形状で在るか、または、他の所望の形状のもの
で、所望の特性をもった最終製品の一部を形成する。

【０１２３】アルミニウムまたは適当なアルミニウム合
金のような液相金属成分が図９に関連して説明したよう
に鋳型キャビティへ導入され、鋳型キャビティの部分Ｐ
１に配置の粉末金属成分と鋳型キャビティの第２の部分
Ｐ２とに液体金属成分が浸透する。この第２の部分Ｐ２
には、粉末金属成分が充填されておらず、したがって、
所望の量の液体金属成分で占拠される。

【０１２４】例えば、第１の部分に存在する粉末金属成
分がニッケルであり、第２の部分における液体金属成分
がアルミニウムまたはアルミニウム合金であると、表面
領域は、Ｎｉ Ａｌであり、ついでＮｉ₂ Ａｌ₃ の領
域、ついで、ＮｉＡｌ₃ で、すべてプロダクトの一体領
域であって、組成がアルミニウムまたはアルミニウム合
金の組成にアプローチするにつれ、組成の残りは、アル
ミニウムまたはアルミニウム合金からなる。例えば、Ｎ
ｉＡｌ，Ｎｉ₂ Ａｌ₃ ，またはＮｉＡｌ₃ のような金属
間化合物は、それぞれの領域全体にわたりコンスタント
な組成を有する。さもなければ、金属間化合物の組成
は、フェーズダイアグラムによって、領域内のヴォリュ
ウムフラクションによって、および／または液体金属成
分を領域へ導入することによるヴォリュウムフラクショ
ンのレンジによって変わるものである。

【０１２５】該組成が隣接領域の金属間コンポーネンツ
の混合体である場合、これらの部分の間には、トランジ
ション領域がある。例えば、ＮｉＡｌ領域とＮｉ₂ Ａｌ
₃ 領域との間のトランジション領域は、１００％ＮｉＡ
ｌから徐々に１００％Ｎｉ₂Ａｌ₃ へ変化する二つの金
属間化合物の混合ものからなる。

【０１２６】必要に応じて、粉末金属成分を鋳型キャビ
ティの所望の一つまたは複数の部分に配置でき、さら
に、鋳型キャビティの異なる部分における粉末金属成分
のヴォリュウムフラクションを変えてもよい。

【０１２７】必要に応じて、図１５に記載したように、
鋳型キャビティの一部に粉末金属成分を配置すること
は、前記した他の例にも応用できる。

【０１２８】すべてのケースにおいては、例えば、異な
る粒子形態および／またはサイズを用い、および／また
は、所望の領域に異なる量の粉末を配置することによっ
て、粉末冶金技術によりヴォリュウムフラクションを変
えることができる。

【０１２９】すべてのケースにおいて、金属間化合物を
作る粉末金属成分と液体金属成分との反応が、液体金属
部分が粉末金属成分内を前進するにつれて発生するか、
または、例えば若干の遅れをおいて製品内で発生するか
のいずれかである。該反応が中間体で生ずると、該反応
は、上記のように再び発生する。金属間化合物の組成
は、例えば、好ましい組成として述べたものよりも僅か
に外れたものであっても、この発明の技術的範囲に含ま
れる。

【０１３０】液体金属成分に作用する圧力は、１０バー
ルから３０バール、代表的なものは２０バールである。

【０１３１】しかしながら、例えば、１００バールから
５００バールまたは１０００バールのような高い圧力も
使用でき、例えば、コンベンショナルなスクイーズキャ
スティングを使用し、機械的圧力を液体金属に直接作用
させてもよい。

【０１３２】必要に応じて、大気圧よりも低い圧力を粉
末金属成分に作用させたり、大気圧を液体金属に作用さ
せて、浸透を助けることもできる。実際、液体成分と粉
末成分それぞれに作用する圧力に差を設け、前者に対す
る圧力を遥かに高くする装置を設けてもよい。

【０１３３】前記した粉末金属の粒子の最大の寸法は、
１ｍｍ（１，０００μｍ）以下である。一般的にいっ
て、粉末金属成分は、液体金属成分を導入する前に乾燥
しているものである。

【０１３４】

【発明の効果】前記のように、この発明によれば、従来
技術によって達成できなかった金属間化合物の製造方法
が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 この発明を構成する方法における工程それぞ
れを略図的に示した説明図。

【図２】 この発明を構成する方法における工程それぞ
れを略図的に示した説明図。

【図３】 この発明を構成する方法における工程それぞ
れを略図的に示した説明図。

【図４】 この発明を構成する方法における工程それぞ
れを略図的に示した説明図。

【図５】 この発明を構成する方法における工程それぞ
れを略図的に示した説明図。

【図６】 この発明を構成する方法における工程それぞ
れを略図的に示した説明図。

【図７】 この発明を構成する方法における工程それぞ
れを略図的に示した説明図。

【図８】 この発明を構成する方法における工程それぞ
れを略図的に示した説明図。

【図９】 図１から図８に示した方法に使用される装置
の一態様の説明図。

【図１０】 図１から図８に示した方法に使用される装
置の他の一態様の説明図。

【図１１】 図１から図８に示した方法に使用される装
置の他の一態様の説明図。

【図１２】 図１から図８に示した方法に使用される装
置の他の一態様の説明図。

【図１３】 図１から図８に示した方法に使用される装
置の他の一態様の説明図。

【図１４】 図１から図８に示した方法に使用される装
置の他の一態様の説明図。

【図１５】 この発明の他の実施態様の説明図である。

【符号の説明】

１０ 鋳型キャビティ １１ 鋳型 １８ 開口 ２３ プロダクト ２５ ダイ Ｉ 堰（インゲート） ２６ 溶融チャンバ ２７ 坩堝 ２８ 加熱コイル ２９ ラム ３０ 坩堝のシリンドリカルな内部 ３１ ハイドロリックピストン ３１ 坩堝の内部の内面 ３３ 導管 ３４ バルブ ３５ ヴァキュウムシステム

フロントページの続き (72)発明者 エメット ロバート エドワード イギリス国 イーエックス13 ５ティーデ ィー デボン アクスミンスター レイモ ンズ ヒル グリーン レーン ザ オー クス（番地無し)

Claims (21)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋳型キャビティ内で、第１の融点をもつ
   粉末金属成分へ、第１の融点よりも低い第２の融点をも
   つ液体金属成分を浸透させ、前記粉末金属成分と液体金
   属成分の金属間化合物からなる製品を作る工程を包含す
   る金属間化合物からなる製品を製造する方法。
2. 【請求項２】 液体金属成分を粉末金属成分に浸透し
   て、中間体を作り、さらに、この中間体を熱処理して前
   記製品を作る請求項１の方法。
3. 【請求項３】 中間体を熱処理する工程を取らずに、前
   記製品を作る条件で液体金属成分を粉末金属成分に浸透
   して前記製品を作る請求項１または２の方法。
4. 【請求項４】 前記粉末金属成分と前記液体金属成分と
   に圧力をかけて、前記液体金属成分の前記粉末金属成分
   への浸透を起こさせるか、または、浸透を補助する先行
   の請求項いずれか一つの方法。
5. 【請求項５】 前記粉末金属成分がリジッドのプリフォ
   ームである先行の請求項いずれか一つの方法。
6. 【請求項６】 前記粉末金属成分が流動可能なものであ
   る先行の請求項いずれか一つの方法。
7. 【請求項７】 前記粉末金属成分に液体金属成分を浸透
   させた後、これを固化して中間体を作り、この中間体を
   熱処理して、ソリッドステートフェーズ・トランスフォ
   ーメーションを生じさせ、これによって、金属間化合物
   から成る製品を得る請求項３または請求項３に従属させ
   ての請求項４から６のいずれか一つによる方法。
8. 【請求項８】 鋳型キャビティが不透過性である先行の
   請求項いずれか一つの方法。
9. 【請求項９】 液体金属成分が貯蔵部からインゲートを
   介して鋳型キャビティへ導入される先行の請求項いずれ
   か一つの方法。
10. 【請求項１０】 前記インゲートに連通する通路を介し
    て液体金属を導入する手段により、該液体金属を貯蔵部
    から前記鋳型キャビティへ導入する請求項９による方
    法。
11. 【請求項１１】 下記の手段を備える請求項１０の方
    法： ａ）一つの孔または複数の孔またはポーラスのセラミッ
    クマテリアルのようなポーラスのマテリアルからなる前
    記インゲート、 ｂ）前記鋳型キャビティの上位に配置されている貯蔵部
    であって、液体金属成分が該貯蔵部から前記通路を介し
    て前記鋳型キャビティへ流下する構成、 ｃ）前記鋳型と前記貯蔵部とは、水平軸を回転軸として
    回転可能に装着され、第１の位置にあっては、前記鋳型
    は、前記貯蔵部の上位に位置し、第２の位置にあって
    は、前記鋳型は、前記貯蔵部の下位に位置し、この位置
    関係によって、前記液体金属が重力作用で前記鋳型へ流
    下する構成、 ｄ）前記貯蔵部が前記鋳型キャビティの下位に位置し
    て、前記液体金属が前記通路を介して前記鋳型キャビテ
    ィへ揚昇される構成。
12. 【請求項１２】 前記インゲートを前記貯蔵部内に保持
    されている前記液体金属の浴に沈ませる手段によって、
    前記液体金属を前記鋳型キャビティへ導入する請求項９
    の方法。
13. 【請求項１３】 下記の手段を備える請求項１２の方
    法： ａ）前記浴に前記鋳型全部を浸漬けする手段、および ｂ）前記インゲートが前記鋳型のトップに配置されてお
    らず、前記鋳型の一部が液体金属成分の浴に浸漬けされ
    ていて、前記鋳型キャビティには、前記液体金属浴に圧
    力を作用させることで前記液体金属が充填される手段、
    および／または ｃ）前記浴の前記金属の温度を前記液体金属成分の融点
    以上の温度であって、金属間化合物の融点以下に保ち、
    前記鋳型キャビティを全部または一部、前記浴に浸漬け
    する間、前記鋳型キャビティ内で金属間化合物が固化
    し、前記固化した金属間化合物を抱有する前記鋳型を前
    記浴から取り出し可能な構成、および／または ｄ）鋳型の壁が筒状の鋳型キャビティを構成し、少なく
    とも一つのインゲートが前記チューブ状の鋳型キャビテ
    ィのインターナルサーフェースを区画する前記鋳型の壁
    の一部に設けられている構成。
14. 【請求項１４】 金属間化合物は、チタン・アルミナイ
    ド、ニッケル・アルミナイドまたは鉄アルミナイドを含
    む前記請求項のいずれかに請求された方法。
15. 【請求項１５】 前記液体金属成分を前記粉体金属成分
    に浸透させる前に、少なくとも一つの添加化合物を前記
    鋳型キャビティへ導入する前記請求項のいずれか一つに
    請求された方法。
16. 【請求項１６】 前記液体金属成分を前記粉体金属成分
    に浸透させる工程で第１と第２の部分とをもつ製品を作
    り、前記第１の部分の融点が前記第２の部分の融点より
    も高い融点である前記請求項のいずれか一つに請求され
    た方法。
17. 【請求項１７】 前記液体金属成分を前記粉体金属成分
    に浸透させる工程を、前記鋳型の少なくとも一つの所定
    の部分において、粉体金属成分と液体金属成分との原子
    比率を異にして行われる請求項１６に請求された方法。
18. 【請求項１８】 前記粉体金属成分を前記鋳型キャビテ
    ィの第１の部分へ導入し、前記第１の部分における前記
    粉体金属成分に前記液体金属成分を浸透させ、そして、
    粉体金属成分から選択した他の成分または液体金属成分
    を、前記粉体金属成分によって占拠されていない、前記
    鋳型キャビティの第２の部分に導入する工程を備える請
    求項１６または請求項１７に請求された方法。
19. 【請求項１９】 前記他の成分は、液体金属成分である
    請求項１８に請求された方法。
20. 【請求項２０】 前記他の成分は、少なくとも一つの粉
    体金属成分であって、液体金属成分に対する粉体金属成
    分の原子比率が前記鋳型の第１の部分における比率と異
    なり、さらに、前記他の粉体金属成分に液体金属成分を
    浸透させる工程を含む請求項１９に請求された方法。
21. 【請求項２１】 前記鋳型キャビティは、粉体金属成分
    に占拠されていない第３の部分を備え、この第３の部分
    に液体金属成分が導入される請求項２０に請求された方
    法。